多軌道高次多体効果による新規複合揺らぎ理論

• 研究課題/領域番号: 17K05543
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 名古屋大学 (2018-2023); 岡山大学 (2017)
• 研究代表者: 大成 誠一郎 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (80402535)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2020年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2019年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2018年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2017年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 強相関電子系 / 鉄系超伝導体 / ツイスト2層グラフェン / Ni酸化物 / ネマティック秩序 / 軌道秩序 / CDW / ボンド秩序 / ツイスト２層グラフェン / 2層グラフェン / 超伝導発現機構 / 超伝導

研究成果の概要

1．鉄系超伝導体の多彩なネマティック秩序の解明：高ホールドープ系では45°回転したネマティック秩序、BaFe2As2やNaFeAsにおいては構造等転移温度以上から隠れたネマティック秩序が出現することが高次多体効果を取り入れたDW方程式を解くことで統一的に理解できた。
2．魔法角ツイスト2層グラフェン(MATBG)のネマティック秩序：MATBGにおいてはスピン・バレーの混成自由度によるSU(4)対称性が局所クーロン相互作用に存在する。そのSU(4)揺らぎ間の干渉効果により、ネマティックボンド秩序が出現することを示した。
以上のように多軌道高次多体効果により、新規秩序が説明されることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

鉄系超伝導体や魔法角ツイスト2層グラフェンに代表される多軌道強相関電子系においては、超伝導相、ネマティック秩序等多彩な相図が出現する。本研究成果により、多軌道系の高次多体効果をミクロから取り扱うことで、物質依存性まで含めて統一的に相図を理解することが出来ることが示された。つまり、本研究で取り扱った高次多体効果は、強相関電子系全体の理解に繋がることが示唆される。強相関電子系は新規機能物質の宝庫であるため、強相関電子系の理解は社会の発展に寄与すると期待している。

研究成果

• [雑誌論文] Real-Space Loop Current Pattern in Time-Reversal-Symmetry Breaking Phase in Kagome Metals (2024)
  • 著者名/発表者名: Shimura Koki、Tazai Rina、Yamakawa Youichi、Onari Seiichiro、Kontani Hiroshi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 93 号: 3 ページ: 033704-033704
  • DOI: 10.7566/jpsj.93.033704
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Rigorous Formalism of Unconventional Symmetry Breaking in Fermi Liquid Theory and Its Application to Nematicity in FeSe (2023)
  • 著者名/発表者名: Rina Tazai, Shun Matsubara, Youichi Yamakawa, Seiichiro Onari, and Hiroshi Kontani
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 号: 3 ページ: 035137-035137
  • DOI: 10.1103/physrevb.107.035137
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional bond-order instability in infinite-layer nickelates due to nonlocal quantum interference (2023)
  • 著者名/発表者名: Seiichiro Onari and Hiroshi Kontani
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 109 号: 24
  • DOI: 10.1103/physrevb.108.l241119
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low temperature phase transitions inside the CDW phase in the kagome metals AV3Sb5 (A=Cs, Rb, K): Significance of mixed-type Fermi surface electron correlations (2023)
  • 著者名/発表者名: Jianxin Huang, Rina Tazai, Youichi Yamakawa, Seiichiro Onari, and Hiroshi Kontani,
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unconventional density waves and superconductivities in Fe-based superconductors and other strongly correlated electron systems (2023)
  • 著者名/発表者名: Kontani Hiroshi、Tazai Rina、Yamakawa Youichi、Onari Seiichiro
  • 雑誌名: Advances in Physics 巻: 70 号: 3 ページ: 355-443
  • DOI: 10.1080/00018732.2022.2144590
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diverse Exotic Orders and Fermiology in Fe-Based Superconductors: A Unified Mechanism for B1g/B2g Nematicity in FeSe/(Cs,Rb)Fe2As2 and Smectic Order in BaFe2As2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Seiichiro Onari and Hiroshi Kontani
  • 雑誌名: Frontiers in Physics 巻: 10 ページ: 915619-915619
  • DOI: 10.3389/fphy.2022.915619
  • 査読あり
• [雑誌論文] Correlation-driven electronic nematicity in the Dirac semimetal BaNiS2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Christopher John Butler, Yuhki Kohsaka, Youichi Yamakawa, Mohammad Saeed Bahramy, Seiichiro Onari, Hiroshi Kontani, Tetsuo Hanaguri, and Shinichi Shamoto
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 119 号: 49
  • DOI: 10.1073/pnas.2212730119
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] SU(4) Valley+Spin Fluctuation Interference Mechanism for Nematic Order in Magic-Angle Twisted Bilayer Graphene: The Impact of Vertex Corrections (2022)
  • 著者名/発表者名: Onari Seiichiro、Kontani Hiroshi
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 128 号: 6
  • DOI: 10.1103/physrevlett.128.066401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism of exotic density-wave and beyond-Migdal unconventional superconductivity in kagome metal AV ₃ Sb ₅ (A = K, Rb, Cs) (2022)
  • 著者名/発表者名: Tazai Rina、Yamakawa Youichi、Onari Seiichiro、Kontani Hiroshi
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 8 号: 13
  • DOI: 10.1126/sciadv.abl4108
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of Spin Fluctuations under the Presence of <i>d</i>-wave Bond Order in Cuprate Superconductors (2021)
  • 著者名/発表者名: Ando Satoshi、Yamakawa Youichi、Onari Seiichiro、Kontani Hiroshi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 90 号: 6 ページ: 0637041-5
  • DOI: 10.7566/jpsj.90.063704
  • NAID: 40022591101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unconventional orbital charge density wave mechanism in the transition metal dichalcogenide <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>?</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>TaS</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math> (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirata Toru、Yamakawa Youichi、Onari Seiichiro、Kontani Hiroshi
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 3 号: 3
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.3.l032053
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discovery of mesoscopic nematicity wave in iron-based superconductors (2021)
  • 著者名/発表者名: Shimojima T.、Motoyui Y.、Taniuchi T.、Bareille C.、Onari S.、Kontani H.、Nakajima M.、Kasahara S.、Shibauchi T.、Matsuda Y.、Shin S.
  • 雑誌名: Science 巻: 373 号: 6559 ページ: 1122-1125
  • DOI: 10.1126/science.abd6701
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Odd-parity spin-loop-current order mediated by transverse spin fluctuations in cuprates and related electron systems (2021)
  • 著者名/発表者名: Kontani Hiroshi、Yamakawa Youichi、Tazai Rina、Onari Seiichiro
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 3 号: 1 ページ: 013127-013127
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.3.013127
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spin-fluctuation-driven B1g and B2g Bond Order and Induced In-plane Anisotropy in Magnetic Susceptibility in Cuprate Superconductors: Impact of Hot-/Cold-spot Structure on Bond-order Symmetry (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi Kouki、Onari Seiichiro、Kontani Hiroshi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 号: 12 ページ: 124704-124704
  • DOI: 10.7566/jpsj.89.124704
  • NAID: 40022438331
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hidden antiferronematic order in Fe-based superconductor BaFe2As2 and NaFeAs above TS (2020)
  • 著者名/発表者名: Onari Seiichiro、Kontani Hiroshi
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 2 号: 4 ページ: 042005-042005
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.2.042005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Doping effects on electronic states in electron-doped FeSe: Impact of self-energy and vertex corrections (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamakawa Youichi、Onari Seiichiro、Kontani Hiroshi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 号: 8 ページ: 081108-081108
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.081108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Paramagnetic Pair-Breaking in Spin-Triplet Superconductors with Spin-Orbit Coupling: Application to Sr2RuO4 (2019)
  • 著者名/発表者名: Oda Koushi、Tanaka Kenta K.、Onari Seiichiro、Ichioka Masanori
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 号: 6 ページ: 064707-064707
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.064707
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Study of the Pressure-Induced Second Superconducting Phase of (NH3)yCs0.4FeSe with Double-Dome Superconductivity (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Yoshiya、Yamaoka Hitoshi、Onari Seiichiro、Yoshida Masahiro、Hirao Naohisa、Kawaguchi Saori、Oishi Yasuo、Miao Xiao、Kubozono Yoshihiro、Lin Jung-Fu、Hiraoka Nozomu、Ishii Hirofumi、Liao Yen-Fa、Tsuei Ku-Ding、Mizuki Jun’ichiro
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 号: 7 ページ: 074704-074704
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.074704
  • NAID: 210000156425
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Origin of diverse nematic orders in Fe-based superconductors: 45° rotated nematicity in AFe2As2(A=Cs,Rb) (2019)
  • 著者名/発表者名: Onari Seiichiro、Kontani Hiroshi
  • 雑誌名: Physical Review B Rapid Communication 巻: 100 号: 2 ページ: 020507-020507
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.020507
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local NMR relaxation rates T_1_^-1^ and T_2_^-1^ depending on the d-vector symmetry in the vortex state of chiral and helical p-wave superconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenta K. Tanaka, Masanori Ichioka, and Seiichiro Onari
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 97 号: 13 ページ: 134507-134507
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.134507
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orbital Order in Two-Orbital Hubbard Model (2018)
  • 著者名/発表者名: Kojiro Honkawa, Seiichiro Onari
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 号: 3 ページ: 034703-034703
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.034703
  • NAID: 210000134740
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-polarized local density of states in the vortex state of helical p-wave superconductors (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenta K. Tanaka, Masanori Ichioka, Seiichiro Onari
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 号: 13 ページ: 134502-134502
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.134502
  • NAID: 120006376005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic structures and spin states of BaFe2As2 and SrFe2As2 probed by x-ray emission spectroscopy at Fe and As K-absorption edges (2017)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Yamaoka, Yoshiya Yamamoto, Jung-Fu Lin, Junjie J. Wu, Xiancheng Wang, Changqing Jin, Masahiro Yoshida, Seiichiro Onari, Shigeyuki Ishida Yoshinori Tsuchiya, Nao Takeshita, Nozomu Hiraoka, Hirofumi Ishii, Ku-Ding Tsuei, Paul Chow, Yuming Xiao, Jun'ichiro Mizuki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 号: 8
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.085129
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pair breaking of multigap superconductivity under parallel magnetic fields in the electric-field-induced surface metallic state (2017)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Nabeta, Kenta K. Tanaka, Seiichiro Onari, Masanori Ichioka
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 号: 9
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.094522
  • NAID: 120006376004
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-plane anisotropy of transport coefficients in electronic nematic states: Universal origin of nematicity in Fe-based superconductors (2017)
  • 著者名/発表者名: Seiichiro Onari and Hiroshi Kontani
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 号: 9
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.094527
  • NAID: 120006375011
  • 査読あり
• [学会発表] はじめに (2024)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 招待講演
• [学会発表] 無限層ニッケル酸化物の電子状態及び非フェルミ液体的輸送現象 (2024)
  • 著者名/発表者名: 平上信一，大成誠一郎
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] Three-dimensional CDW order in kagome metal: Analysis of 3D DW equation (2023)
  • 著者名/発表者名: Seiichiro Onari, Youichi Yamakawa, Rina Tazai, and Hiroshi Kontani
  • 学会等名: 令和5年度 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会
• [学会発表] カゴメ金属における３次元CDW秩序：３次元DW方程式の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎，山川洋一，田財里奈，紺谷浩
  • 学会等名: 京都大学基礎物理学研究所研究会「超伝導研究の発展と広がり」
• [学会発表] カゴメ金属における3次元CDW秩序:GL理論の3次項の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎，山川洋一，田財里奈，紺谷浩
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] 強相関電子系のネマティック秩序発現機構：鉄系超伝導体とツイスト２層 グラフェンの比較 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎
  • 学会等名: 研究会「強相関電子系のフロンティア」
• [学会発表] Three-dimensional CDW order in kagome metal: Analysis of third-order term in three-dimensional GL theory (2023)
  • 著者名/発表者名: Seiichiro Onari, Youichi Yamakawa, Rina Tazai, and Hiroshi Kontani
  • 学会等名: International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023 (QLC2023)
  • 国際学会
• [学会発表] SU(4) valley+spin fluctuation in magic-angle twisted bilayer graphene (2023)
  • 著者名/発表者名: Seiichiro Onari, Daisuke Inoue, and Hiroshi Kontani
  • 学会等名: SCES2023
  • 国際学会
• [学会発表] カゴメ金属における3次元CDW秩序の理論解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎，山川洋一，田財里奈，紺谷浩
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] SU(4) valley+spin fluctuation interference mechanism for nematic order in magic-angle twisted bilayer graphene (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Onari and H. Kontani
  • 学会等名: LT29
  • 国際学会
• [学会発表] 無限層ニッケル酸化物超伝導体NdNiO2における3倍周期CDWの理論解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎、紺谷浩
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] 3次元強相関電子系NdNiO2における3倍周期CDW秩序の解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎、紺谷浩
  • 学会等名: 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」 令和4年度領域研究会
• [学会発表] ねじれ２層グラフェンにおける多チャンネルSU(4)相互作用がもたらす新規量子相転移機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎
  • 学会等名: 京都大学基礎物理学研究所研究会「非自明な電子状態で発現する超伝導現象の新しい潮流」
  • 招待講演
• [学会発表] SU(4)揺らぎ干渉機構によるねじれ２層グラフェンのNematic秩序：鉄系超伝導体との比較 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎, 紺谷浩
  • 学会等名: 日本物理学会 第77回年次大会
• [学会発表] 魔法角ツイスト2層グラフェンにおけるネマティック秩序：SU(4)揺らぎ干渉機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎, 紺谷浩
  • 学会等名: 高温超伝導フォーラム第９回会合
• [学会発表] SU(4) fluctuation interference mechanism of nematic order in magic angle twisted bilayer graphene (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Onari, H. Kontani
  • 学会等名: 令和3年度 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会
• [学会発表] Fe(Se,Te)とツイスト２層グラフェンのネマティック状態の比較 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎, 紺谷浩
  • 学会等名: 京都大学基礎物理学研究所研究会 「非自明な電子状態がみ生み出す超伝導現象の最前線：新たな挑戦と展望」
• [学会発表] FeSe1-xTexのネマティック臨界現象の理論解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎, 紺谷浩
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] Analysis of phase diagram in FeSe1-xTex (2021)
  • 著者名/発表者名: Seiichiro Onari, Youichi Yamakawa, and Hiroshi Kontani
  • 学会等名: International Conference on Quantum Liquid Crystals 2021 (QLC2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Nematic order in twisted bilayer graphene by valley + spin fluctuation interference (2021)
  • 著者名/発表者名: Seiichiro Onari, Hiroshi Kontani
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] ツイスト２層グラフェンにおける強相関電子状態の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎、紺谷浩
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] 大成誠一郎、紺谷浩 (2021)
  • 著者名/発表者名: ツイスト２層グラフェンのネマティック状態及び超伝導状態の解析
  • 学会等名: 高温超伝導フォーラム
• [学会発表] Twisted bilayer graphene におけるネマティック秩序発現機構：ボンド秩序とバレーカレントの共存 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎, 紺谷浩
  • 学会等名: 基研研究会「高温超伝導・非従来型超伝導研究の最前線：多様性と普遍性」
• [学会発表] ツイスト２層グラフェンにおけるネマティック秩序発現機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎, 紺谷浩
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] Quest for the origin of various nematicities in Fe-based superconductors (2019)
  • 著者名/発表者名: Seiichiro Onari
  • 学会等名: Research Frontier of Advanced Spectroscopies for Correlated Electron Systems
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Theoretical prediction of anitiferro nematic order above TS in BaFe2As2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Seiichiro Onari, Hiroshi Kontani
  • 学会等名: SNS 2019
  • 国際学会
• [学会発表] BaFe2As2における多段ネマティック秩序の理論：保存近似の適用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎, 紺谷浩
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] 鉄系超伝導体における多様なネマティック秩序および超伝導発現機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎
  • 学会等名: 京都大学基礎物理学研究所研究会「電子相関が生み出す超伝導現象の未解決問題と新しい潮流」
  • 招待講演
• [学会発表] 強相関電子系における多様なネマティック秩序 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎
  • 学会等名: つくば-柏-本郷 超伝導かけはしプロジェクト ワークショップ(2)
  • 招待講演
• [学会発表] 非従来型超伝導体における未解決問題： 電荷・軌道揺らぎの重要性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 招待講演
• [学会発表] BaFe2As2における強的・反強的ネマティック状態の理論 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎、紺谷浩
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] CsFe2As2における特異なB2gネマティック揺らぎの解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎
  • 学会等名: 京都大学基礎物理学研究所研究会 「電子相関が生み出す新規な秩序と超伝導現象：トポロジー、液晶状態、動的現象」
  • 招待講演
• [学会発表] 鉄系超伝導体におけるネマティック秩序の多様性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎、紺谷浩
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] 鉄系超伝導体における強的・反強的ネマティック秩序 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎、紺谷浩
  • 学会等名: 東京大学物性研究所 短期研究会 「量子多体効果が生み出す液晶的電子状態 」
• [学会発表] FeSeのネマティック状態で誘起される新規な軌道秩序状態 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大成誠一郎、 紺谷浩
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] 2軌道ハバードモデルにおける軌道秩序および超伝導状態 (2017)
  • 著者名/発表者名: 本川昂次朗、大成誠一郎
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] 鉄系超伝導体におけるネマティック電荷ボンド秩序の理論 (2017)
  • 著者名/発表者名: 紺谷浩、大成誠一郎、山川洋一
  • 学会等名: 日本物理学会